摘要:就雙面單晶硅光伏法電池較單面P型電池的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析,以P型單晶硅雙面電池為例,探索雙面單晶硅光伏電池技術(shù)及工藝,并從硼擴(kuò)散、邊結(jié)絕緣刻蝕、硼擴(kuò)散面界面鈍化三個(gè)最為關(guān)鍵的生產(chǎn)工藝和技術(shù)展開研究,希望可給中國(guó)在太陽能電池領(lǐng)域一些參考和啟迪。
0引言
就晶硅電池而言,因?yàn)樵诘厍蛏蟽?chǔ)備的硅材料含量十分豐富,加上整個(gè)晶硅電池產(chǎn)業(yè)的支撐設(shè)備體系及制程技術(shù)十分完善,同時(shí)在產(chǎn)業(yè)化的推廣上也十分成熟,因此是目前在太陽能光伏市場(chǎng)中最主流的產(chǎn)品,在市場(chǎng)中的占比例達(dá)到80%左右,而從未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行觀察,可以斷言在未來的5a~10a內(nèi)晶硅電池還將會(huì)繼續(xù)在太陽能電池市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。基于此,為實(shí)現(xiàn)最大化地降低太陽能的使用成本,國(guó)內(nèi)外的諸多機(jī)構(gòu)均對(duì)晶硅電池的生產(chǎn)技術(shù)展開了充分研究,雙面單晶硅電池技術(shù)脫穎而出。因?yàn)殡p面單晶硅電池在正反兩面都可以受光,因此在太陽能的利用效率上較傳統(tǒng)的單面P型電池具有諸多方面的優(yōu)點(diǎn)。在此背景下,文章以雙面單晶硅光伏電池技術(shù)及工藝為中心,分三部分展開分析探討。
1雙面單晶電池較單面P型電池的優(yōu)點(diǎn)
雙面單晶硅光伏電池較單面P型電池,其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在三個(gè)方面:a)雙面單晶硅光伏法電池太陽能吸收方式是利用背面的發(fā)射光及周圍環(huán)境的漫反射光進(jìn)行發(fā)電。因此較傳統(tǒng)的單面P型電池所能夠獲得電池輸出功率要高很多,同時(shí)也擁有一個(gè)更高的功率/重量比,此外雙面單晶硅光伏法電池在垂直安裝時(shí)在發(fā)電量上受到的方向限制也更少[1];b)在雙面單晶硅光伏法電池的組成上并沒有硅-鋁合金面,可以說對(duì)近紅外的輻射光是幾乎透明狀態(tài),因此也可以斷定在雙面單晶硅光伏法電池的運(yùn)作過程中,其運(yùn)行的溫度也會(huì)低于傳統(tǒng)的單面電池;c)雙面單晶硅光伏法電池在背面的金屬覆蓋面積上相比于傳統(tǒng)單面P型電池減小很多,因此對(duì)于因?yàn)楣韬徒饘俚臒崤蛎浵禂?shù)導(dǎo)致的不同熱處理翹曲也會(huì)有效降低,進(jìn)而利于對(duì)雙面單晶硅光伏法電池的后續(xù)組建連接封裝,同時(shí)也可以使用更輕薄的硅片[2]。
2基于P型單晶硅雙面電池的研究實(shí)驗(yàn)
文章以P型單晶硅雙面電池為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,對(duì)其電池技術(shù)和工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。圖1所示為P型單晶硅雙面電池的結(jié)構(gòu)示意圖,實(shí)驗(yàn)的全過程是基于對(duì)現(xiàn)有太陽能電池的實(shí)際生產(chǎn)線設(shè)備模仿而實(shí)現(xiàn)的。在具體實(shí)驗(yàn)流程上為:硼擴(kuò)散-邊結(jié)絕緣刻蝕-硼擴(kuò)散面界面鈍化。
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1硼擴(kuò)散
在P型單晶硅雙面電池的制作環(huán)節(jié)中,硼擴(kuò)散是最核心的步驟,圖2為硼擴(kuò)散的裝置。實(shí)驗(yàn)所采用的硼擴(kuò)散源是目前在太陽電池生產(chǎn)工業(yè)中主要使用的BBr3(三溴化硼)的液態(tài)源,其擴(kuò)散裝置為水平式的擴(kuò)散爐。
原理為在高溫的環(huán)境下將硅片擴(kuò)散爐中通入O2、N2及BBr3的混合物,進(jìn)而在高溫的影響下,BBr3會(huì)先和O2生成B2O3,進(jìn)而B2O3會(huì)和Si原子生成B和SiO2,進(jìn)而就達(dá)到了B原子向P型單晶硅雙面電池的硅片內(nèi)部的擴(kuò)散效果。但是根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),硼擴(kuò)散溫度往往是處于900℃~1100℃之間,而在此溫度期間內(nèi)B2O3處于液態(tài),此時(shí)如果是磷擴(kuò)散其反應(yīng)產(chǎn)物在800℃時(shí)P2O5就已經(jīng)是氣態(tài)了,所以磷擴(kuò)散會(huì)比硼擴(kuò)散更為均勻。因此在P型單晶硅雙面電池的硼擴(kuò)散環(huán)節(jié)還有進(jìn)一步的改善空間。
3.2邊結(jié)絕緣刻蝕
對(duì)于P型單晶硅雙面電池而言,其在經(jīng)過了磷擴(kuò)散處理之后,在P型單晶硅雙面電池的正面及邊緣處都形成一個(gè)擴(kuò)散層,而該擴(kuò)散層在正面存在十分必要,而在邊緣存在則需要去掉,因此進(jìn)行P型單晶硅雙面電池的邊結(jié)絕緣刻蝕對(duì)于降低P型單晶硅雙面電池的漏電量是P型單晶硅雙面電池的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。一般而言,目前P型單晶硅雙面電池在邊結(jié)絕緣刻蝕上采用濕法刻蝕工藝,其首先使用混合酸對(duì)P型單晶硅雙面電池的側(cè)邊和背面進(jìn)行刻蝕,然后再取出正面的磷硅玻璃。但是對(duì)于P型單晶硅雙面電池而言,因?yàn)槠湓谑褂弥惺翘幱陔p面受光的環(huán)境,因此對(duì)P型單晶硅雙面電池的背面進(jìn)行刻蝕時(shí),也需要適當(dāng)增加背面的保護(hù)膜,因此需要多增加一道工藝,在實(shí)際生產(chǎn)中多采用等離子體的刻蝕方式進(jìn)行刻蝕,但是等離子刻蝕中會(huì)出現(xiàn)刻蝕過度或刻蝕不夠的問題,進(jìn)而就會(huì)造成P型單晶硅雙面電池的性能降低。
文章對(duì)P型單晶硅雙面電池的等離子體刻蝕工藝進(jìn)行研究。圖3是P型單晶硅雙面電池的等離子體刻蝕不足的示意圖,圖4是最后P型單晶硅雙面電池并聯(lián)電阻和刻蝕時(shí)間的之間的關(guān)系圖。從圖中可以清楚地看到P型單晶硅雙面電池的并聯(lián)電阻會(huì)隨著刻蝕時(shí)間不增增加出現(xiàn)先漲后降的趨勢(shì),同時(shí)P型單晶硅雙面電池邊緣的擴(kuò)散層也會(huì)越來越小,可以看出隨著刻蝕時(shí)間不斷增加,P型單晶硅雙面電池的電池漏電量會(huì)逐漸降低,而P型單晶硅雙面電池的并聯(lián)電阻會(huì)越來越大,但是也必須認(rèn)知到,在刻蝕時(shí)間不斷增加時(shí),也會(huì)對(duì)P型單晶硅雙面電池的正面造成影響,因此通過對(duì)比研究實(shí)驗(yàn),本文提出15min~25min的P型單晶硅雙面電池邊緣絕緣的等離子體刻蝕最佳時(shí)間。
3.3硼擴(kuò)散面界面鈍化
對(duì)P型單晶硅雙面電池而言,其在背面是使用硼擴(kuò)散對(duì)傳統(tǒng)P型單晶硅單面電池的鋁背進(jìn)行代替,進(jìn)而獲得更高的P型單晶硅雙面電池正面和反面的轉(zhuǎn)化效率,而在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中則需對(duì)P型單晶硅雙面電池的硼擴(kuò)散面進(jìn)行鈍化工作,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電池背面光生載流子復(fù)合的減少,提升P型單晶硅雙面電池的短路電流和開路電壓,整體提升電池的效率。而在目前的
生產(chǎn)中多使用SiO2和Si3N4的雙層膜作為P型單晶硅雙面電池的背面鈍化層,使用Si3N4的薄膜作為P型單晶硅雙面電池正面的鈍化層。本研究基于P型單晶硅雙面電池的特性,在對(duì)硼擴(kuò)散后形成的硼硅玻璃層給予適度的氧化處理,進(jìn)而形成了具有SiO2的硼硅玻璃,然后進(jìn)行鈍化處理。本研究經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得到了無氧化鈍化設(shè)備及氧化鈍化設(shè)備制造P型單晶硅雙面電池的平均效率和最好效率對(duì)照情況。
4結(jié)語
基于晶硅電池的成熟工藝及Si在地球的高儲(chǔ)存量,未來很多年在太陽能電池領(lǐng)域內(nèi)晶硅電池還會(huì)繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。首先對(duì)P型單晶硅雙面電池較傳統(tǒng)P型單晶硅單面電池的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析,進(jìn)而設(shè)計(jì)P型單晶硅雙面電池制造主要技術(shù)和工藝的流程實(shí)驗(yàn),并在實(shí)驗(yàn)中提出P型單晶硅雙面電池制備工藝技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化參考點(diǎn),旨在為中國(guó)P型單晶硅雙面電池制備領(lǐng)域提供一些參考和啟迪,促進(jìn)中國(guó)P型單晶硅雙面電池產(chǎn)生整體發(fā)展。
李艷芝1,楊洋2
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來源:能源與節(jié)能
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